5-3热力学第二定律课件

5-3热力学第二定律7/19/20231第二定律的提出1功热转换的条件，第一定律无法说明.2热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题，第一定律无法说明.2

1开尔文说法不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其它物体，或者说不使外界发生任何变化.

一热力学第二定律的两种表述

3

等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体,但它是非循环过程.12W

W4低温热源高温热源卡诺热机WABCD

卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化.5

永动机的设想图62克劳修斯说法

不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化.7虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化.高温热源低温热源卡诺致冷机WABCD8说明

1热力学第二定律是大量实验和经验的总结.2热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性.9

二自然过程的方向性

热力学第二定律可有多种说法，每种说法都反映了自然界过程进行的方向性.

理想气体的绝热自由膨胀.10

可逆过程

:在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态,而且不引起其它变化,这样的过程叫做可逆过程.三可逆过程与不可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程11不可逆过程：在不引起其它变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其它变化，这样的过程叫做不可逆过程.非准静态过程为不可逆过程.12准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其它耗散力作功，无能量耗散的过程.可逆过程的条件13非自发传热自发传热高温物体低温物体热传导热功转换完全功不完全热自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.热力学第二定律的实质无序有序自发非均匀、非平衡均匀、平衡自发14无序有序热功转换完全功不完全热1

热力学第二定律的实质:

自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.四热力学第二定律的统计意义15非自发传热自发传热高温物体低温物体热传导非均匀、非平衡均匀、平衡扩散过程自发外力压缩16不可逆过程的本质

系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行的过程.

一切自发过程的普遍规律

概率小的状态概率大的状态2无序度和微观状态数17

某一宏观状态所对应的微观状态数目称为该宏观状态的热力学概率，用W表示。微观状态：微观上看，对系统内的个体加以区分的状态宏观状态：从总体上观察，而对系统个体不予区分的状态18讨论个粒子在空间的分布问题可分辨的粒子集中在左空间的概率19粒子集中在左空间的概率粒子均匀分布的概率可分辨粒子总数N=4各种分布的状态总数第种分布的可能状态数207/19/202321宏观态微观态数(w)左20；右01左18；右2190左15；右515504左11；右9167960左10；右10184756左9；右11167960左5；右1515504左2；右18190左0；右201N=20,宏观态所对应的微观态数左20右0和左0右20两种宏观状态各有1个微观状态，表明20个分子全部处于左(或右)中的概率最小为7/19/2023227/19/202323N=1023个可分辨的粒子在容器中的位置分布WN/2nnN=1023

Nn粒子数分布均匀的宏观态所对应的微观态的数目最多，其比例几乎是所有可能的微观态数的百分之百7/19/202324

N

1

2

4

N

W0（左）

孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态数少的宏观态向包含微观态数多的宏态过渡，从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态过渡.——热力学第二定律的统计意义253熵与热力学概率玻耳兹曼关系式熵W热力学概率（微观状态数）、无序度、混乱度.26

（2）熵是孤立系统的无序度的量度.（平衡态熵最大.）（W愈大，S愈高，系统有序度愈差.）

（1）熵的概念建立，使热力学第二定律得到统一的定量的表述.27负熵

有序度生命科学：熵的高低反映生命力的强弱.信息论：负熵是信息量多寡的量度.环境学：负熵流与环境.28玻耳兹曼的墓碑为了纪念玻耳兹曼给予熵以统计解释的卓越贡献，他的墓碑上寓意隽永地刻着这表示人们对玻耳兹曼的深深怀念和尊敬.29耗散结构（1）宇宙真的正在走向死亡吗？

实际宇宙万物，宇宙发展充满了无序到有序的发展变化.（2）生命过程的自组织现象生物体的生长和物种进化是从无序到有序的发展.30（3）无生命世界的自组织现象云、雪花、太阳系、化学实验、热对流、激光等.

（和外界有能量交换和物质交换的系统叫开放系统）（4）开放系统的熵变开放系统熵的变化31系统内部不可逆过程所产生的熵增加系统与外界交换能量或物质而引起的熵流孤立系统≥≥开放系统≥≤32

1.热力学第二定律表明：

(A)不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用的功．

(B)在一个可逆过程中，工作物质净吸热等于对外作的功．

(C)摩擦生热的过程是不可逆的．

(D)热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体．讨论7/19/2023332.“理想气体和单一热源接触作等温膨胀时,吸收的热量全部用来对外作功．”对此说法,有如